Spectroscopic characterisation of iron centres in FER-type zeolite in the context of their catalytic properties

Niniejsza praca magisterska ma na celu przedstawienie wyników związanych z wygenerowaniem centrów aktywnych w ferierycie (FER) poprzez wprowadzenie jonów Fe2+/Fe3+ metodą impregnacji pierwszej wilgotności w stężeniu 1%, 0,5% oraz 0,1% wagowych żelaza(II). Przeprowadzono spektroskopowo – katalityczną charakterystykę uzyskanych materiałów Fe – FER. W celu określenia krystaliczności oraz wpływu wprowadzenia żelaza na strukturę badanych materiałów, skorzystano z techniki proszkowej dyfraktometrii rentgenowskiej XRD oraz niskotemperaturową sorpcję azotu BET. Przeprowadzono badania z wykorzystaniem spektroskopii IR oraz spektroskopii UV – Vis w celu uzyskania informacji o właściwości centrów kwasowych oraz redoksowych. Uzyskane wyniki potwierdziły wygenerowanie centrów aktywnych w badanych materiałach. Badania spektroskopia UV – Vis umożliwiły scharakteryzowanie natury centrów Fe(III). Z kolei, wykorzystanie spektroskopii IR jako narzędzia badawczego pozwoliło na określenie właściwości kwasowo – redoksowych, wykorzystując sondy: NH3, NO oraz CO. Zastosowanie tlenku azotu(II) oraz tlenku węgla(II) pozwoliło na wyznaczenie stężenie Fe2+ w badanych materiałach. Zastosowanie amoniaku umożliwiło wyznaczenie centrów kwasowych Brønsteda oraz Lewisa. Określono aktywność katalityczną centrów Fe2+ w procesie utleniania metanu do metanolu z wykorzystaniem spektroskopii IR.

This thesis presents the results related to the generation of active centres in ferierite (FER) by the accommodation of Fe2+/Fe3+ ions (1%, 0.5%, and 0.1% wt.) in zeolite extra-framework position by incipient wetness impregnation method. Comprehensive spectroscopic and catalytic characterisation of the Fe - FER materials was carried out. X-ray powder diffractometry (XRD) and low-temperature nitrogen sorption BET were used to determine the crystallinity and the effect of iron introduction on the structure of the materials studied, respectively. IR spectroscopy and UV - Vis spectroscopy were performed to get insight to the properties of the acid and redox centres. The results obtained confirmed the generation of active centres in the ferrierites studied. UV-Vis spectroscopy was applied for the characterization of the nature of the Fe(III) centres. Furthermore, IR spectroscopy was helpful to determine the acid-redox properties, using the probes NH3, NO, and CO. While the use of nitric oxide(II) and carbon monoxide(II) allowed determining Fe2+ concentrations, ammonia was applied to quantify Brønsted and Lewis acid centres. The catalytic activity of Fe2+ centres in the oxidation of methane to methanol was confirmed using IR spectroscopy.